常用点焊电极材料与形式及组成要素

1.点焊电极的功能

点焊电极是保证点焊质量的重要零件，其主要功能有：向工件传导电流；向工件传递压力；迅速导散焊接区的热量。常用的点焊电极形式如图1-13所示。

2.电极材料的要求

基于电极的上述功能，就要求制造电极的材料应具有足够高的电导率、热导率和高温硬度，电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件。此外，电极与工件间的接触电阻应足够低，以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。

图1-13 常用的点焊电极形式

3.常见电极材料

电极材料按我国航空航天工业部航空工业标准HB 5420—1989的规定分为四类，常用的有三类。

1）1类材料为高电导率、中等硬度的铜及铜合金。这类材料主要通过冷作变形方法达到其硬度要求。它适用于制造焊铝及铝合金的电极，也可用于镀层钢板的点焊，但性能不如2类合金。1类合金还常用于制造不受力或低应力的导电部件。从表1-1可知，三类合金中，铬铌铜、铬锆铌铜和钴铬硅铜的性能较优，已被广泛使用，其牌号分别称为DJ70、DJ85和DJ100。

表1-1常见材料性能

此外，还有一种钨-铜混合烧结材料，这种材料适用于热量高、焊接时间长、冷却不足或压力高的场合。如用于铜板点焊的复式电极、凸焊用镶嵌电极或线材交叉焊电极等，随着含钨量的增加，材料的强度和硬度提高，但导电性和导热性均降低。

2）2类材料具有较高的电导率，硬度高于1类的合金。这类合金可通过冷作变形与热处理相结合的方法达到其性能要求。与1类合金相比，它具有较高的力学性能，适中的电导率，在中等程度的压力下，有较强的抗变形能力。因此，它是最通用的电极材料，广泛用于点焊低碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、电导率低的铜合金，以及镀层钢等。2类合金还适用于制造轴、夹钳、台板、电极夹头等电阻焊机中各种导电构件。

3）3类材料的电导率低于1类和2类，硬度高于2类的合金。这类合金可通过热处理或冷作变形与热处理相结合的方法达到其性能要求。这类合金具有更高的力学性能和耐磨性能好，软化温度高，电导率较低。因此，适用于点焊电阻率和高温高强度的材料，如铬锆铜，这类金属有良好的导电性，导热性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及软化温度高，焊接时电极损耗少、焊接速度快、焊接总成本低等特点。

随着工业生产的需要，电阻焊在高速、高节奏的生产流程中对电极材料的强度、软化点和导电性能等提出了更高的要求。颗粒强化铜基复合材料（又称为弥散强化铜）作为新型电极材料已受到重视并广泛采用。这是一种在铜基体中加入或通过一定的工艺措施制成微细、弥散分步、又具有良好热稳定性的第二相粒子，该粒子可阻碍位错运动，提高了材料的室温强度，同时又可阻碍再结晶的发生，从而提高了它的高温强度，如Al₂O₃-Cu、TiB₂-Cu复合材料。典型弥散强化铜电阻焊电极材料的成分性能见表1-2。

表1-2典型弥散强化铜电阻焊电极材料的成分性能

4.点焊电极的结构

点焊电极的结构可分为标准直电极、弯电极、帽式电极、螺纹电极和复合电极五种。

点焊电极由四部分组成，即端部、主体、尾部和冷却水孔。标准直电极是点焊中应用最为广泛的一种电极，电极各部位的名称如图1-14所示。(www.xing528.com)

图1-14 电极各部位的名称

根据点焊电极工作面的不同，标准电极（即直电极）的代号和形式有六种，如图1-15所示。

电极的端面直接与高温的工件表面接触，在焊接生产中反复经受高温和高压。因此，粘附、合金化和变形是电极设计中应着重考虑的问题。

5.点焊电极的主要参数

1）主要物理指标：硬度大于75HRB，电导率大于75％IACS，软化温度为550℃，见表1-3。

2）主要化学成分见表1-4。

6.点焊电极的品质要求

1）电导率测量用涡流电导仪，测三点取平均值大于或等于44MS／M。

2）硬度以洛氏硬度标准，取三点的平均值大于或等于78HRB。

3）软化温度实验的炉温550℃保持2h后，淬水冷却后与原始硬度比较不能降低15％以上。

图1-15 标准电极的代号和形式

表1-3 主要物理指标

表1-4 主要化学成分

电阻焊电极一般通过热处理与冷加工相结合的方法来保证性能，它可以获得最佳的力学性能和物理性能，铬锆铜用作一般用途的电阻焊电极，主要作为点焊或缝焊低碳钢、镀层钢板的电极，也可以作为焊低碳钢时的电极握杆、轴和衬垫材料，或作为凸焊机的大型模具、夹具、不锈钢及耐热钢用模具或镶嵌电极。